计算机视觉之深度学习：使用TensorFlow和Keras训练高级神经网络

深度学习已在人工智能的多个应用领域（尤其是计算机视觉）中展示了其强大功能。计算机视觉是理解和处理图像的科学，并且在机器人技术、自动化等领域有广泛的应用。 本书通过实例展示了如何利用深度学习的力量来开发计算机视觉应用程序，介绍了与图像分类、图像检索、目标检测、语义分割、图像题注、生成模型等有关的各种技术。你将使用流行的Python库（例如TensorFlow和Keras）探索计算机视觉应用程序，从而掌握各种深度学习算法及其实现。 ●使用TensorFlow和Keras设置深度学习的环境 ●探索图像分类方法并训练一个深度学习模型 ●使用预训练的卷积神经网络模型进行图像检索 ●了解检测方法并实施行人检测 ●了解图像题注中的各种问题及其实现 ●训练一个使用生成对抗网络生成图像的模型 ●了解视频分类的方法及其实现 ●部署深度学习模型并进行优化

第1章　 入门　　1 1.1 理解深度学习　　1 1.1.1 感知机　　1 1.1.2 激活函数　　2 1.1.3 人工神经网络　　4 1.1.4 训练神经网络　　7 1.1.5 尝试TensorFlow游乐场　　8 1.1.6 卷积神经网络　　8 1.1.7 循环神经网络　　10 1.1.8 长短期记忆网络　　11 1.2 计算机视觉深度学习　　12 1.2.1 分类　　12 1.2.2 检测或定位与分割　　12 1.2.3 相似性学习　　13 1.2.4 图像题注　　13 1.2.5 生成模型　　14 1.2.6 视频分析　　15 1.3 建立开发环境　　15 1.3.1 硬件和操作系统　　15 1.3.2 安装软件包　　17 1.4 小结　　23 第2章　 图像分类　　24 2.1 在TensorFlow中训练MNIST模型　　24 2.1.1 MNIST数据集　　24 2.1.2 加载MNIST数据　　25 2.1.3 建立一个感知机　　25 2.1.4 构建多层卷积网络　　28 2.2 在Keras中训练MNIST模型　　35 2.2.1 准备数据集　　35 2.2.2 构建模型　　36 2.3 其他流行的图像测试数据集　　38 2.3.1 CIFAR数据集　　38 2.3.2 Fashion-MNIST数据集　　38 2.3.3 ImageNet数据集和竞赛　　39 2.4 更大的深度学习模型　　40 2.4.1 AlexNet模型　　40 2.4.2 VGG-16模型　　41 2.4.3 谷歌Inception-V3模型　　42 2.4.4 微软ResNet-50模型　　45 2.4.5 SqueezeNet模型　　45 2.4.6 空间变换网络模型　　46 2.4.7 DenseNet模型　　47 2.5 训练猫与狗的模型　　47 2.5.1 准备数据　　48 2.5.2 使用简单CNN进行基准测试　　48 2.5.3 增强数据集　　49 2.5.4 迁移学习或微调模型　　50 2.5.5 在深度学习中微调一些层　　51 2.6 开发现实世界的应用　　53 2.6.1 选择正确的模型　　53 2.6.2 处理欠拟合和过拟合场景　　53 2.6.3 从面部检测性别和年龄　　54 2.6.4 微调服装模型　　54 2.6.5 品牌安全　　54 2.7 小结　　54 第3章　 图像检索　　55 3.1 理解视觉特征　　55 3.1.1 深度学习模型的可视化激活　　56 3.1.2 嵌入可视化　　57 3.1.3 DeepDream　　60 3.1.4 对抗样本　　64 3.2 模型推断　　65 3.2.1 导出模型　　65 3.2.2 提供训练好的模型　　66 3.3 基于内容的图像检索　　68 3.3.1 构建检索流水线　　68 3.3.2 有效的检索　　71 3.3.3 使用自编码器去噪　　74 3.4 小结　　77 第4章　 目标检测　　78 4.1 检测图像中的目标　　78 4.2 探索数据集　　79 4.2.1 ImageNet数据集　　79 4.2.2 PASCAL VOC挑战　　79 4.2.3 COCO目标检测挑战　　79 4.2.4 使用指标评估数据集　　80 4.3 目标定位算法　　81 4.3.1 使用滑动窗口定位目标　　82 4.3.2 将定位看作回归问题　　83 4.4 检测目标　　86 4.4.1 R-CNN（区域卷积神经网络）　　86 4.4.2 Fast R-CNN　　86 4.4.3 Faster R-CNN　　87 4.4.4 SSD（单射多框探测器）　　88 4.5 目标检测API　　88 4.5.1 安装和设置　　88 4.5.2 预训练模型　　89 4.5.3 重新训练目标检测模型　　90 4.5.4 为自动驾驶汽车训练行人检测　　92 4.6 YOLO目标检测算法　　92 4.7 小结　　94 第5章　 语义分割　　95 5.1 预测像素　　95 5.1.1 诊断医学图像　　97 5.1.2 通过卫星图像了解地球　　97 5.1.3 提供机器人视觉　　98 5.2 数据集　　98 5.3 语义分割算法　　98 5.3.1 全卷积网络　　98 5.3.2 SegNet架构　　99 5.3.3 膨胀卷积　　103 5.3.4 DeepLab　　104 5.3.5 RefiNet　　105 5.3.6 PSPnet　　106 5.3.7 大卷积核的重要性　　106 5.3.8 DeepLab v3　　107 5.4 超神经分割　　107 5.5 分割卫星图像　　111 5.6 分割实例　　113 5.7 小结　　114 第6章　 相似性学习　　115 6.1 相似性学习算法　　115 6.1.1 孪生网络　　115 6.1.2 FaceNet模型　　118 6.1.3 DeepNet模型　　120 6.1.4 DeepRank模型　　120 6.1.5 视觉推荐系统　　121 6.2 人脸分析　　122 6.2.1 人脸检测　　122 6.2.2 人脸特征点和属性　　123 6.2.3 人脸识别　　126 6.2.4 人脸聚类　　130 6.3 小结　　131 第7章　 图像题注　　132 7.1 了解问题和数据集　　132 7.2 理解图像题注的自然语言处理　　132 7.2.1 用向量形式表达词　　133 7.2.2 将词转换为向量　　133 7.2.3 训练一个嵌入　　134 7.3 图像题注和相关问题的方法　　135 7.3.1 使用条件随机场来链接图像和文本　　136 7.3.2 在CNN 特征上使用RNN生成题注　　136 7.3.3 使用图像排序创建题注　　138 7.3.4 从图像检索题注与从题注检索图像　　139 7.3.5 密集题注　　140 7.3.6 使用RNN生成题注　　141 7.3.7 使用多模态度量空间　　142 7.3.8 使用注意网络生成题注　　143 7.3.9 知道什么时候查看　　143 7.4 实现基于注意力的图像题注　　145 7.5 小结　　147 第8章　 生成模型　　148 8.1 生成模型的应用　　148 8.1.1 艺术风格迁移　　148 8.1.2 预测视频中的下一帧　　149 8.1.3 图像的超分辨率　　150 8.1.4 交互式图像生成　　151 8.1.5 图像到图像的翻译　　151 8.1.6 文本到图像的生成　　152 8.1.7 图像修复　　153 8.1.8 图像混合　　153 8.1.9 转换属性　　154 8.1.10 创建训练数据　　154 8.1.11 创建新的动画角色　　155 8.1.12 照片3D模型　　155 8.2 神经艺术风格迁移　　156 8.2.1 内容损失　　156 8.2.2 使用Gram矩阵的风格损失　　160 8.2.3 风格迁移　　162 8.3 生成对抗网络　　165 8.3.1 vanilla GAN　　165 8.3.2 条件GAN　　167 8.3.3 对抗损失　　167 8.3.4 图像翻译　　168 8.3.5 InfoGAN　　168 8.3.6 GAN的缺点　　169 8.4 视觉对话模型　　169 8.5 小结　　171 第9章　 视频分类　　172 9.1 了解视频和视频分类　　172 9.1.1 探索视频分类数据集　　172 9.1.2 将视频分割成帧　　175 9.1.3 视频分类方法　　175 9.2 将基于图像的方法扩展到视频　　184 9.2.1 人体姿态回归　　184 9.2.2 视频分割　　185 9.2.3 视频题注　　186 9.2.4 视频生成　　188 9.3 小结　　188 第10章　 部署　　189 10.1 模型的性能　　189 10.1.1 量化模型　　189 10.1.2 MobileNets　　190 10.2 云部署　　193 10.2.1 AWS　　193 10.2.2 Google云平台　　197 10.3 在设备中部署模型　　200 10.3.1 Jetson TX2　　200 10.3.2 Android　　201 10.3.3 iPhone　　201 10.4 小结　　202

作者简介： 拉贾林加帕•尚穆加马尼（Rajalingappaa Shanmugamani），目前在Kairos担任技术经理。在此之前，曾在新加坡SAP公司担任深度学习主管，也在创业公司从事过计算机视觉产品的开发和咨询工作。在同行评审的期刊和会议上多次发表文章，并在机器学习领域申请了专利。与他人合著出版了Hands-On Natural Language Processing with Python、Python Reinforcement Learning、Python: Advanced Guide to Artificial Intelligence、TensorFlow Deep Learning Projects等书。 译者简介： 白勇，海南大学信息科学技术学院教授、博士生导师、美国归国博士。长期从事物联网、人工智能方面的研究。已承担国家级和省部级项目10多项，发表学术论文100多篇，授权中国和美国发明专利10多项。

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